Kreditna slika: JHU
Astronomi z univerze John Hopkins so nekaj tednov nazaj sporočili, da če bi povprečili barvo vseh zvezd v vesolju, bi bila rezultat barva akvamarina. Ko so odpravili hrošča in ugnali svoje izračune, je povprečna barva celotnega vesolja postala bež.
Kakšne barve ima vesolje? Na to na videz preprosto vprašanje astronomi nikoli resnično niso odgovorili. Težko je izvesti natančen in popoln popis vse svetlobe v vesolju.
Toda s pomočjo 2dF Galaxy Redshift Survey - nove raziskave več kot 200.000 galaksij, ki meri svetlobo iz velikega obsega vesolja - smo pred kratkim lahko poskusili odgovoriti na to vprašanje. Sestavili smo, kar imenujemo "Kozmični spekter", ki predstavlja vsoto celotne energije v lokalnem volumnu vesolja, ki ga oddajajo različne svetlobne valovne dolžine. Tako izgleda kozmični spekter:
To je graf energije, oddane v vesolju za različne valovne dolžine svetlobe (podatki tukaj). Ultravijolična in modra svetloba je na levi, rdeča luč pa na desni. To se ustvari tako, da se v 2dF raziskavi seštejejo vsi posamezni spektri ločenih galaksij. Seštevek predstavlja svetlobo vseh zvezd. Verjamemo, da je raziskava 2dF tako velika (doseže nekaj milijard svetlobnih let), da je ta spekter resnično reprezentativen. Tudi kozmični spekter lahko pokažemo na ta način:
Tu smo vnesli približno barvo, ki bi jo oko videlo pri vsaki valovni dolžini svetlobe (čeprav res ne moremo videti veliko svetlobe pod približno 4000 Angstromi, skoraj ultravijoličnimi; strogo gledano, monitorji ne morejo natančno prikazati enobarvnih barv, barve mavrice) .
To si lahko predstavljate kot tisto, kar bi videlo oko, če bi v vesolje skozi prizmo dali vso svetlobo, da bi ustvarili mavrico. Intenzivnost barve je sorazmerna z intenzivnostjo vesolja.
Kakšna je torej povprečna barva? tj. barvo, ki bi jo opazovalec videl, če bi imeli vesolje v škatli in bi lahko videli vso svetlobo naenkrat (in se ne premika, za pravega opazovalca na zemlji, čim dlje je galaksija od nas, bolj je to rdeče smo premaknili. Preden združimo vso svojo svetlobo, smo jo preklopili.
Za odgovor na to vprašanje moramo izračunati povprečen odziv človeškega očesa na te barve. Kako izrazimo to barvo? Najbolj objektiven način je navesti vrednosti CIE x, y, ki določajo lokacijo barve na diagramu kromatičnosti CIE in s tem tudi spodbudo, ki bi jo videlo oko. Vsak spekter z istim x, y mora dati isto zaznano barvo. Te številke so (0,345,0,345) in so robustne, izračunali smo jih za različne podvzorce raziskave 2dF in se razlikujejo nepomembno. Našteli smo jih celo za spektroskopsko raziskavo Sloan Digital Sky Survey (ki bo nekje v letu 2002 prehitela 2dFGRS kot največjo raziskavo rdečega premika) in so v bistvu enaki.
Toda kakšna je dejansko barva? Za to moramo narediti nekaj predpostavk o človeškem vidu in stopnji splošne osvetljenosti. Vedeti moramo tudi, kaj spremljate vi, bralec, ki ga uporabljate! To je seveda nemogoče, vendar lahko povprečno ugibamo. Torej, tukaj so barve:
Kakšne so vse te barve? Predstavljajo barvo vesolja za različne bele točke, ki predstavljajo prilagajanje človeškega očesa različnim vrstam osvetlitve. Različne barve bomo zaznali v različnih okoliščinah, vrsta spektra, ki je "bela", pa se bo razlikovala. Skupni standard je „D65“, ki je blizu nastavitve dnevne svetlobe (na rahlo zatemnjenem nebu) kot bele in v primerjavi s katero je vesolje videti rdečkasto. "Osvetljevalec E" (enaka energijska bela točka) je morda tisto, kar bi videli pri beli barvi, če je temno prilagojena. „Osvetljevalec A“ predstavlja notranjo osvetlitev, v primerjavi s katero je vesolje (in dnevna svetloba) zelo modre barve. Pokažemo tudi barvo z in brez gama korekcije 2,2, kar je najbolje storiti za prikaz na običajnih monitorjih. Ponujamo linearno datoteko, tako da lahko po želji uporabite svojo gama.
Skoraj zagotovo morate pogledati barvne obliže z oznako "gama", vendar niso vsi zasloni enaki, zato se lahko vaša kilometrina razlikuje.
Kaj se je torej zgodilo s "turkizno"?
V naši kodi smo našli napako! V našem prvotnem izračunu, ki ste ga morda prebrali v tisku, smo uporabili (v dobri veri) programsko opremo z nestandardno belo točko. Namesto tega naj bi uporabil belo točko D65, vendar je ni uporabil. Rezultat je bil efektivno bela točka, nekoliko rdeča od svetlečega E (kot da so okoli rdeče neonske luči) pri 0,365,0.335. Čeprav so vrednosti vesolja x, y vesolja nespremenjene od našega prvotnega izračuna, je premik bele točke naredil vesolje "turkizno". (tj. x, y ostaja enak, vendar se ustrezne efektivne vrednosti RGB premaknejo).
Od prvega izračuna je bilo seveda treba veliko dopisovati z barvci in zdaj smo napisali lastno programsko opremo, da bi dobili natančnejšo barvno vrednost. Priznamo, da je bila barva Vesolja nekaj treme, da poskusimo narediti našo zgodbo o spektrih bolj dostopno. Kljub temu gre za dejansko izračunljivo stvar, zato verjamemo, da je pomembno, da to pravilno izidemo.
Radi bi poudarili, da je bil naš prvotni namen zgolj zabavna opomba v našem prispevku, prvotna tiskovna zgodba pa je presegla naša najbolj divja pričakovanja! Napaka je trajala nekaj časa, da so jo uresničili in izsledili. Le peščica barvnih znanstvenikov je imela znanje, da je napako odkrila. Ena morala te zgodbe je, da bi morali več pozornosti nameniti vidiku znanosti o barvah in o tem tudi presoditi.
Dovolj govora. Kakšne barve je torej vesolje?
Res je odgovor tako blizu beli, da je težko reči. Zato je tako majhna napaka imela tako velik učinek. Najpogostejša izbira za belo je D65. Če pa bi v prostor, ki je osvetljen samo z žarnicami (iluminant A), uvedli žarek kozmičnega spektra, bi bil videti zelo modro, kot je prikazano zgoraj. Na splošno je verjetno svetilka E najbolj pravilna, če pogledamo vesolje od daleč v temnih razmerah. Tako je naše novo najboljše ugibanje:
BEŽ
Čeprav je sporno, da bi lahko izgledal bolj rožnato (kot na primer D65 zgoraj). Srečno, če lahko vidite razliko med to barvo in belo! Morali bi ga videti samo, če pa bi bilo ozadje strani črno, bi bilo zelo težko! Na nas so bili poslani številni predlogi za to barvo. Imamo prvo deseterico in menimo, da je zmagovalec "Cosmic Latte", ker je kofein pristranski!
Simulacija vesolja
Zaradi vseh teh zapletenosti smo se odločili prepričati sami. Mark Fairchild v Munsell Color Laboratories v Rochesteru, NY sodeluje z nami, da bi naredil simulacijo kozmičnega spektra, lahko nadzorujejo svetlobne vire, da bi dobili popolnoma enako stimulacijo rdečih / zelenih / modrih oči, kot bi videli iz kozmičnega spektra. Nato si bomo to lahko ogledali v različnih svetlobnih pogojih, morda simulirajoč globok prostor, in sami videli resnično barvo Vesolja.
Prava znanstvena zgodba
Seveda je bil naš pravi motiv za izračun kozmičnega spektra res veliko več kot ustvarjanje teh lepih barvnih slik. Barva je zanimiva, a v resnici je kozmični spekter podrobno bogat in nam pove veliko več o zgodovini nastanka zvezd v vesolju. Morda ste zgoraj opazili, da kozmični spekter vsebuje temne črte in svetle pasove, ki ustrezajo značilni emisiji in absorpciji različnih elementov:
To vas lahko spomni na Fraunhoferjeve črte v sončnem spektru. Točno enak postopek absorpcije atomov deluje. Moč temnih črt je določena s temperaturami zvezd, ki prispevajo k kozmičnemu spektru. Starejše zvezde imajo hladnejšo atmosfero in proizvajajo drugačen niz linij do vročih mladih zvezd. Z analizo spektra lahko ugotovimo, kakšen je njihov delež, in poskusimo sklepati o stopnji nastajanja zvezd v preteklih vekih vesolja. Gorljive podrobnosti te analize so podane v Baldry, Glazebrook et al. 2002. Tu je prikazana preprosta slika naših sklepnih najverjetnejših zgodovin nastanka zvezd v vesolju:
Vsi ti modeli dajejo pravilen kozmični spekter v raziskavi 2dF in vsi pravijo, da je večina zvezd v vesoljski reviji nastala pred več kot 5 milijardami let. To seveda pomeni, da bi bila barva Vesolja v preteklosti drugačna, ko bi bilo bolj vročih mladih modrih zvezd. Pravzaprav lahko izračunamo, kaj bi bilo to iz našega najboljšega primernega modela. Evolucija barve od 13 milijard let nazaj do 7 milijard let v prihodnosti izgleda takole v naših različnih predpostavkah:
Vesolje se je začelo mlado in modro in je postajalo počasi rdeče, ko se je nakopičila populacija evoluiranih 'rdečih' velikanskih zvezd. Stopnja nastajanja novih zvezd se je v zadnjih 6 milijardah let močno zmanjšala zaradi zmanjšanja rezerv medzvezdnega plina za tvorjenje novih zvezd. Ko stopnja nastajanja zvezd še naprej upada in več zvezd postane rdečih velikanov, bo barva Vesolja postajala vse bolj rdeča in rdeča. Sčasoma bodo vse zvezde izginile in nič več ne bo, razen črnih lukenj. Tudi te bodo s postopkom Hawkinga izhlapele in ničesar ne bo ostalo, razen stare svetlobe, ki se bo sama rdečila, ko se vesolje širi za vedno (v sedanjem kozmološkem modelu).
Izvirni vir: JHU News Release
